二氧化鈦納米管的制備及其降解染料廢水的研究.pdf

1、染料廢水成分復雜、色度高、毒性大,直接排入水體將造成嚴重的污染。采用一般的化學和生物等方法處理染料廢水的效果均不理想。應用二氧化鈦光催化技術(shù),可將染料廢水中的有機污染物氧化成CO2、H2O和其他無毒的無機物,實現(xiàn)高效氧化處理的目的,且具有發(fā)展太陽光的潛力。
　　二氧化鈦(TiO2)的禁帶寬度較寬(3.2eV),僅能被波長較短的紫外光激發(fā)才會產(chǎn)生電子-空穴對,因此對太陽光的利用率很低;另外,反應過程中光生電子空穴的復合,導致光量子效

2、率很低。采用過渡金屬離子摻雜,可以提高TiO2的光催化活性。相比納米TiO2粉體和薄膜,TiO2納米管具有更大的比表面積和更強的吸附能力。將TiO2制備成納米管是提高其光催化活性的新途徑,但目前關(guān)于TiO2納米管摻雜改性以提高其光催化活性的研究報道極少。光催化反應過程中,吸附是光催化反應的先決條件,吸附性能的好壞與光催化反應的速率密切相關(guān)。然而在以往的研究中,有關(guān)TiO2納米管對有機物的吸附鮮有報道。
　　本文以商業(yè)TiO2(P2

3、5)為前驅(qū)體,采用水熱法制備得到了鐵系過渡金屬離子摻雜的TiO2納米管。通過SEM、TEM、XRD、BET和UV-vis分析技術(shù)對其進行了表征。結(jié)果顯示:P25經(jīng)水熱反應后,生成了分散性較好的具有均勻中空管狀結(jié)構(gòu)的TiO2納米管,管壁多層且兩端開口;生成的TiO2納米管既不是銳鈦礦型,也不是金紅石型,Fe3+、Co2+和Ni2+的摻雜不會對TiO2納米管的微觀形貌和晶型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響;水熱法合成的TiO2納米管的N2吸附-脫附等溫線為典型

4、的IUPACIV型等溫線,BJH孔徑分布曲線表明生成的TiO2納米管的內(nèi)徑比較均一;相比P25,未摻雜和鐵系過渡金屬離子摻雜的TiO2納米管具有較好的光吸收能力,隨著離子摻雜量的增加,樣品的吸收邊出現(xiàn)了明顯的紅移。
　　以亞甲基藍溶液為體系,研究Ni2+的摻雜量、pH、溫度等因素對Ni2+摻雜TiO2納米管吸附性能的影響,探究吸附對光催化活性的影響。實驗表明,TiO2納米管的吸附性能要優(yōu)于作為原料的P25,Ni2+摻雜提高了TiO

5、2納米管的吸附能力,當Ni2+摻雜量(摩爾分數(shù))增加到5％時(記為Ni-TNTS-5),平衡吸附量達到最大值;隨著pH值的增加,Ni-TNTS-5的吸附性能先增大后減小,當pH=10時,平衡吸附量達到最大值;當溫度從20℃增加到30℃時,Ni2+摻雜TiO2納米管的吸附能力增強;Ni2+摻雜TiO2納米管對亞甲基藍的吸附等溫方程,Langmuir吸附模型比Freundlich吸附模型擬合較好;相比P25,TiO2納米管對亞甲基藍的降解性

6、能明顯增強,Ni2+摻雜TiO2納米管的降解性能優(yōu)于未摻雜的TiO2納米管,Ni2+摻雜量的大小直接影響TiO2納米管的光催化效率;吸附性能的好壞與催化劑的光催化活性密切相關(guān),但并不是吸附性能越好,催化劑的光催化活性越好。
　　以亞甲基藍的光催化降解為探針反應,研究等量不同鐵系過渡金屬離子摻雜TiO2納米管的光催化降解活性。摻雜鐵系過渡金屬離子的TiO2納米管的光催化效率均優(yōu)于未摻雜的TiO2納米管。其光催化效率由大到小的排列順序